4.2 多晶粉末X射线衍射

《4.2 多晶粉末X射线衍射》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、§3.2X射线衍射技术（X-rayDiffraction）概述XRD物相分析是基于多晶样品对X射线的衍射效应，对样品中各组分的存在形态进行分析测定的方法。测定的内容包括各组分的结晶情况、所属的晶相、晶体的结构以及各元素在晶体中的价态、成键状态等。物相分析与一般的元素分析有所不同，它在测定了各种元素在样品中的含量的基础上，还要进一步确定各种晶态组分的结构和含量。概述例如：石英的化学成分是SiO2，它既可以是非晶态的石英玻璃，也可以是晶态的石英晶体。同样是石英晶体，还可能有六种不同的晶体结构（三斜相、单斜相、正交相、四方相、立方相和六方

2、相）。通过XRD物相结构分析可以测定样品中各种不同的石英晶相的含量。如样品中含有氯化钾和硫酸钠时，一般的分析方法只能测定样品中含有Na+、K+、Cl-、SO42-离子的含量，而XRD则可以分析出氯化钾和硫酸钠在样品中的含量。X射线发展史1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了X射线。（1901年获得首届诺贝尔奖）1912年，德国物理学家Laue确定了著名的晶体衍射劳埃方程式。从而形成了一门新的学科—X射线衍射晶体学。（1914年获得诺贝尔奖）1913年，英国Bragg导出X射线晶体结构分析的基本公式，即著名的布拉格公式。并测

3、定了NaCl的晶体结构，开始了晶体结构分析的历史。（1915年获得诺贝尔奖)1922年康普顿-吴有训发现X射线非相干散射1925年俄歇（Auger发现俄歇效应）荧光X射线光电子能谱（XPS,X-rayPhotoelectronSpectroscopy1967Rietveld(里特沃尔德)提出粉末衍射全谱拟合，进行晶体结构精修。(对材料结构研究、特别是功能材料研究极为重要，也可作高质量的点阵参数测定及物相定量分析)1970年提出X射线吸收作为分子水平的结构探针，发展了XAS(X光吸收光谱)和EXAFS(X-rayAbsorptio

4、nFineStructure,X-射线吸收精细结构,用于研究物质局域结构）X射线X射线是一种电磁波，其波长范围在0.01~100Å，能量大，穿透力强。结构测定所用的X射线波长约0.5~2.5Å；金属部件的无损探伤所用的X射线波长一般为1~0.05Å或更短；X射线诊断常用的波长范围为0.08~0.31Å。图1电磁波谱X射线如何产生？X射线管-在高压电场下高速运动的电子在金属靶(固定靶和旋转靶)上受阻而发射的电子波。基本条件:产生自由电子?电子作定向高速运动?电子在运动中受阻同步辐射X射线源X射线管的基本组成阴极：发射电子的地方，由螺旋状

5、的钨丝制成。其在高压下产生自由电子。阳极：又称为靶，高速运动的电子在此受阻发射X射线，由阳极底座和阳极靶面组成。窗口：X射线向外射出的窗口，一般由铍制成。焦点：即阳极靶面被电子轰击的地方。焦点的尺寸是X光管的重要特性之一。图2X射线管平面示意图同步辐射X射线源在加速器中，当电子被加速到足够能量时，电子向圆周的切线方向发射X射线。特点：通量大，亮度高频谱宽、连续可调光束准直性好有特定的时间结构偏振性好X射线谱X射线谱由连续谱和特征谱组成。X射线光管发出的X射线由两部分组成：1.连续波长的X射线（白色X射线）；2.若干条叠加在连续X射

6、线谱上具有一定波长的谱线（特征X射线）。图3Cu靶产生的X射线谱连续谱的机理能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去自己的能量，其中一部分以光子的形式辐射。每次碰撞都产生一个能量为hv的光子，这样的光子流即为X射线。单位时间内到达阳极靶面的电子数是极大量的，有的电子只经历一次碰撞就损耗掉所有的能量，而大多数的电子经历多次碰撞，才逐渐地损耗自己的能量。每个电子每经历一次碰撞产生一个光子，多次碰撞产生多次辐射。由于多次辐射中与靶面碰撞电子的能量不同，碰撞的角度各不相同，因而碰撞时所损耗的能量和相应产生的X光子能量不同，因而产生一个连

7、续的X射线谱。特征X射线特征X射线，对于W靶的X光管来讲，保持管流量不变，当管电压增大到20KV以上时，则将在连续谱基础上产生波长一定的谱线特征X射线（标识X射线）。特征X射线的特点是，特征波长值是固定的，仅与阳极靶材有关。既使电压继续增大，也只有强度增大而波长固定不变。开始产生特征X射线的临界电压称为激发电压。当电压继续增加时，特征谱线的波长不变，但强度相应地增加。例Mo靶K系列特征射线谱，它有两个强度高峰，分别位于0.63Å和0.71Å处。前者称为Kβ辐射，后者称为Kα辐射。Kα辐射是由两条波长很近的两条谱线组成：α1和α2。

8、当分辨率高时，可将他们分开，他们的波长分别为0.70926Å和0.71354Å,两者的比例为Kα1:Kα2=2:1。特征X射线的产生机理与阳极靶的原子内部结构相关。在电子轰击